一种基于无线传感网的超级电容测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电容测试设备领域，尤其是一种基于无线传感网的超级电容测试系统。
【背景技术】
[0002]超级电容器又称电化学电容器，它具有良好的脉冲充电性能和大容量的储能性能，因其质量轻，存储能量大，可多次重复充电而成为一种新型的储能装置，受到越来越多的应用。
[0003]超级电容的额定电压很低，在应用中需要大量的串联。由于应用中需要大电流充放电，而过充则对电容的寿命有严重的影响，因此，串联中的各个单体电容器上电压是否一致是至关重要的，这要求不同批次不同时间制备出来的同一批号样品性能相差很小。另外，在对超级电容器在分组组装前进行检测，将充放电性能最接近的超级电容器分成一组，这将能够在很大程度上解决超级电容组的均压问题，这也需要对超级电容的性能进行一致性检测。
[0004]一个完整的超级电容包含电极、电解质、集流体、隔膜等部件。超级电容器的电极材料主要有四个方面:碳电极材料，金属氧化物及其水合物电极材料，导电聚合物电极材料，以及复合电极材料。电解质需要具有很高的导电性和足够的电化学稳定性，以便超级电容器可以在尽可能高的电压下工作。现有的电解质材料主要由固体电解质、有机物电解质和水溶液电解质。隔膜的适当使用也是十分关键的。有机电解质通常使用聚合物或者纸作为隔膜，水溶液电解质，可以采用玻璃纤维或者陶瓷隔膜。集流体则通常是选用导电性能良好的金属和石墨等来充当。一个性能良好的超级电容器，需要以上的四个部件达到最佳优化。电解质和隔膜的离子电导高、隔膜具有高的电子隔离阻力，电极电子电导高、比表面积大，隔膜和电极尽量薄。因此，在生产超级电容过程中，如何选取适当的工艺，生产出一致性好的超级电容，是生产厂家急需解决的问题。
[0005]无线传感器网络是物联网应用推进的主要领域。无线传感器网络技术是通信技术、计算机技术、微机电技术等多学科的交叉领域，近年来成为国内外研宄的热点，并被视为未来信息产业的支柱。无线传感器网络的一个重要特点是摆脱了传统传感器网络的连线限制，使用无线通信方式形成网络，具有安装方便、结构灵活等特点。
[0006]将无线传感器网络与超级电容测试技术相结合，可实现对多个超级电容的同时测试。对测量数据进行存储与分析，能对电压、充放电电流、当前环境温度湿度等参数进行准确检测，计算得到超级电容容量、ESR的动态数据，并对超级电容的充放电过程进行全程监控。主要具有以下优点:
[0007]I)可以使超级电容生产厂家更精确地控制投料，从而提高电容性能的一致性和产品质量，降低成本。因此，超级电容测试设备技术的提高可对其生产厂家提出更高的要求，促使其生广工艺的提尚。
[0008]2)辨别不同超级电容的差异能力更强。特别是超级电容在串联使用中，能将一致性好的超级电容组合在一起充分发挥组合供电的功能，可以提高超级电容组的能量利用率和电容组的寿命。
[0009]总之，系统较好地解决了对同一生产批次相同测试条件下超级电容测试数据的存储记录问题，便于研发与生产人员进行分析，以改进超级电容的设计和生产方法，提供更高质量产品和更好的一致性。同时增加了生产厂家的竞争力，促进了超级电容行业的发展。
【实用新型内容】
[0010]本实用新型要解决的技术问题是:提供一种基于无线传感网的超级电容测试系统，较好的解决了在相同测试条件下对多路超级电容进行同时测试，并对超级电容测试数据进行存储记录的问题，便于研发与生产人员进行分析，以改进超级电容的设计和生产方法，提供更高质量的产品和更好的一致性。
[0011]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于无线传感网的超级电容测试系统，包括监控主机、Zibgee网关以及多个测试节点；所述的测试节点将测试的数据通过Zigbee协议传送至Zigbee网关；所述的Zigbee网关通过以太网与监控主机相连接;
[0012]所述的测试节点包括微处理器处理单元、A/D转换单元、电压与电流采集与调理单元、通信单元、温度及湿度传感器模块单元；所述的微处理器处理单元负责控制和协调整个传感器采集节点的工作，接收A/D转换单元和高速A/D所转换得到的数据；所述的通信单元通过Zigbee协议与协调器进行数据传递；温度及湿度传感器模块单元采集相应的信息，包括超级电容电压信号、电流信号、温度信号、湿度信号；所述的温度及湿度传感器模块单元包括温度传感器及调理电路和湿度传感器及调理电路；其中温度传感器及调理电路处理温度信号，湿度传感器及调理电路处理湿度信号；所述的电压与电流采集与调理单元处理超级电容电压及电流信号；所述的超级电容电压及电流信号经仪表放大器精密放大后由高速A/D转换为数字信号，送到微处理器处理单元进行处理与数据传递。
[0013]进一步的说，本实用新型所述的测试节点最多为15个。
[0014]再进一步的说，本实用新型所述的监控主机接收来自ZigBee网络的测量数据，并可向Zigbee网络及测试节点发送控制命令和进行参数设置。
[0015]本实用新型的有益效果是，解决了【背景技术】中存在的缺陷，采用基于无线传感网的超级电容组测控技术，可在相同测试条件下对多路超级电容组进行同时测试，并能对测试数据进行存储记录，便于研发与生产人员进行分析；能通过以太网进行远程监控与管理设置，远程设定系统参数控制超级电容的测试过程。
【附图说明】
[0016]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0017]图1是本实用新型系统框图；
[0018]图2是本实用新型测试节点硬件框图；
[0019]图3是本实用新型直流恒流充电法超级电容电压的变化曲线；
[0020]图4是本实用新型Zigbee网关硬件结构图。
【具体实施方式】
[0021]现在结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
[0022]如图1所示，系统由监控主机、Zigbee网关和测试节点组成。
[0023]测试节点对电容电压，充放电电流，温度湿度等参数进行精确检测，将测试的数据通过Zigbee协议传送到Zigbee网关，并可通过Zigbee协议接受从监控主机软件发送到Zigbee网关的控制命令和参数设置，本系统同时最多可支持15个测试节点同时测试。Zigbee网关的功能是作为协调节点管理各个测试节点，并把各个测试节点测得的测量数据通过以太网传送到上位机监控。监控主机接收来自ZigBee网络的测量数据，并可向Zigbee网络及测试节点发送控制命令和进行参数设置。
[0024]本系统的Zigbee无线传感器网络采用星型网络，星形网络是一种发散状的网络，协调器负责组建网络并转发数据。星形网络的优点是:结构简单、设备成本低、没有路由管理。协调器是分布式处理的中心。星形网络适合于组成节点数量较少的网络，适合于本系统所面向的应用。
[0025]测试节点硬件原理框图如图2所示，测试节点由微处理器处理单元、A/D转换单元、电压与电流采集与调理单元、通信单元、温度及湿度传感器模块单元等组成，如图2所示。微处理器处理单元主芯片采用CC2530，负责控制和协调整个传感器采集节点的工作，接收A/D转换单元和高速A/D所转换得到的数据；通信单元负责通过Zigbee协议与协调器进行数据传递；传感器模块单元用来采集相应的信息，包括超级电容电压信号、电流信号、温度信号、湿度信号，其中温度传感器及调理电路处理温度信号，湿度传感器及调理电路处理湿度信号，电压与电流采集与调理单元处理超级电容电压及电流信号。超级电容电压及电流信号经仪表放大器精密放大后由高速A/D转换为数字信号，送到微处理器处理单元进行处理与数据传递。
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